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Actividades en BioenergíaUnidad de Desarrollo Tecnológico
Dra. Cristina Segura CastilloJefe de Área Bioenergía
EUROCLIMA Bioenergy Workshop, 12 y 13 de marzo, Santiago-Chile
Unidad de Desarrollo Tecnológico• Centro de I&D fundado en 1996 y dependiente de la Vicerrectoría de I+D
de la Universidad de Concepción. Nuestro campo de acción es: BIO-REFINERÍAS FORESTALES .
• Áreas de Trabajo: (1) Biomateriales, (2) Bioenergía, (3) Productos Químicos, (4) Medio Ambiente y (5) Gestión Tecnológica.
• 104 colaboradores contratados, 25 investigadores académicos asociados y aprox. 50 estudiantes/año.
• Infraestructura: 3800 m² construidos; numerosas plantas piloto y 6 laboratorio especializados.
INTRODUCCIÓN• Chile posee una industria forestal bien desarrollada, cuenta con
aproximadamente 2,3 millones de hectáreas de plantaciones productivas, que generan un volumen considerable de residuos, tanto madereros como del manejo forestal.
• Fuente renovable atractiva para impulsar proyectos energéticos en el país.
• Aprovechamiento integral de la biomasa: Biorefinerías
Disponibilidad de Biomasa para Uso Energético
Uso actual
Industrias(residuos de pino y eucalipto)
4,5 M ton
Leña (madera nativa)
8,5 M ton
Total 13 M ton
Adicional
Plantaciones (2014)(20% de 10 Mm3)
1 M ton
Subproducto Forestales 2 M ton
Paja de trigo 1,5 M ton
Bosque Nativo(manejo sustentable)
2 M ton
Total 6,5 Mton
Características de la Biomasa• Biomasa disponible está dispersa, de calidad heterogénea y
baja densidad energética.
Líquido
Sólidos
Gases
Gasificación
~ 800°C
5 %
10%
85%
largo
Pirólisis lenta
~ 400°C
30 %
35%
35%
largo
Pirólisis intermedia
~ 500 °C
50 %
20%
30%
minutos
Torre-facción
~ 250 °C
0 %
86%
14%
~ 30 min
Pirólisis rápida
~ 500 °C
75 %
12%
13%
~ 1 s
Pirólisis
Líquido
Sólidos
Gases
Gasificación
~ 800°C
5 %
10%
85%
largo
Pirólisis lenta
~ 400°C
30 %
35%
35%
largo
Pirólisis intermedia
~ 500 °C
50 %
20%
30%
minutos
Torre-facción
~ 250 °C
0 %
86%
14%
~ 30 min
Pirólisis rápida
~ 500 °C
75 %
12%
13%
~ 1 s
PROCESOS TERMOQUIMICOS
TorrefacciónMateria prima:
• Residuos cosecha forestal o bosque nativo manejado sustentablemente.
Propósito:• Facilitar la conminución del material (molienda más fácil).• Aumentar el poder calorífico de la biomasa (aumento en un
15-20%).• Aumentar densidad másica de pellets fabricados del material
torrefactado en comparación con la biomasa forestal (aumento de un 20%, aprox.).
Aplicación:Producción de pellets para uso industrial.
Combustible sólido Densidad másicakg/m3 estéreo
Densidad energéticaMWh/m3 estéreo
Aserrín de pino (50% agua) 200 0,6Pellet de pino 650 3,2Pellet de pino torrefactado 800 4,9
Carbón 830 6,9
Torrefacción
Chip de madera200-400 kg/m3
Pellets de madera650 kg/m3
Pellets torrefactados
850 kg/m3Carbón
850 kg/m3
Torrefacción
0.060.070.080.090.100.110.120.130.140.15
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
O/C
H/C EG-15 minutos
EG-30 minutosMateria PrimaCarbón Isla RiescoCarbón Tocopilla
Gráfico Van Krevelen para Eucalipto
Aumento de T
Molienda< 3 mm
Pirólisis rápida500 °C< 2 s
Conden-sación
BiomasaGasesCO, CO2CH4, H2, CnHm
Bio-oil
Carboncillo
Secado< 10%
Reactores:Lecho fluidizado burbujeante, lecho fluidizado circulante, cono rotatorio ablativo, tornillo Auger,de flujo laminar
PIROLISIS RAPIDA DE BIOMASA
• Densificar energéticamente biomasa.• Obtener un biocombustible.• Producir un “bio-crudo” como materia prima para obtener productos
químicos y energía.
Tecnología de Pirólisis Rápida de BiomasaPlanta piloto de UDT
0
Biomass Bio-oil
Sand
Pyrolysis Gas Combustion
Char combustion
CharPyrolysis
Flue gases
Quench
Pyrolysis gas recycle
AshAir
10 kg/h
Air
Hot-gas filter
Cyclone
Cyclone
ElectrostaticPrecipitator
Estanque de almacenamiento
Silo alimentador de biomasa
Precalentador de arenaReactor de pirólisis
Reactor combustión de carboncillo
Tren de limpieza de gases
Condensador de bio-oil
Precipitador electroestático
• Mezcla compleja multicomponente (>400)• Alto contenido de oxígeno• Químicamente inestable• Amplio rango de PM MW (1000 Da) • Carácter coloidal • Sólidos finos dispersos• Detectable por GC-MS máx 40%
Bio-oil
Caracterización del Bio-oil
FONDEF D07-I-1137: Obtención de Productos Químicos de Alto Valor y Combustible Líquido Mediante Conversión Termoquímica de Biomasa
Fecha 05-2010Temperatura de pìrólisis ° C 520Densidad kg/m3 1182Viscosidad @ 40° C cSt 13.3
Bio-oil envejecido 24h at 80° C cSt 21.7
Insolubles en agua (lignina) %p 17Número ácido total mg KOH/g 64
Grupos carbonilos mol/kg 4.9Sólidos (como insolubles en etanol) %w 0.66Solubles en agua, insolubles en éter %w 26.7Contenido de agua
Poder calorífico inferior
%w
MJ/kg
28
16 – 19
Fecha 05-2010Temperatura de pìrólisis ° C 520Densidad kg/m3 1182Viscosidad @ 40° C cSt 13.3
Bio-oil envejecido 24h at 80° C cSt 21.7
Insolubles en agua (lignina) %p 17Número ácido total mg KOH/g 64
Grupos carbonilos mol/kg 4.9Sólidos (como insolubles en etanol) %w 0.66Solubles en agua, insolubles en éter %w 26.7Contenido de agua
Poder calorífico inferior
%w
MJ/kg
28
16 – 19
Aplicaciones Bio-Oil
• Combustible Industrial– Contenido calórico: 50% de Fuel Oil #6– Contenido de agua: 20-30%– Corrosividad: pH 2-3, incombatible con infrastructure existente– Inestable: mezcla reactiva, especialmente durante los primeros 6 meses – Difícil ignición: Pocos volátiles
• Densificación Energética
0,6200Aserrín de pino
Densified biofuels kg/m3 MWh/m3
Pellets de pino 650 3,2
Pellets de pino torrefactado 800 4,9
Bio oil 1200 6,3
0,6200Aserrín de pino
Densified biofuels kg/m3 MWh/m3
Pellets de pino 650 3,2
Pellets de pino torrefactado 800 4,9
Bio oil 1200 6,3
Aplicaciones Bio-Oil• Aplicaciones Químicas
– Humo líquido– Lignina pirolítica: Polifenoles naturales
• Adhesivos fenol-formaldehído, materiales termoplásticos y otras aplicaciones.
– Aldehídos: Glicolaldehído, 2-furfuraldehído• Componente de resinas, disinfectante, etilen glicol bioquímico.
– Ácidos carboxílicos: Ácidos acético, fórmico, propiónico• Aditivo ensilaje, pulpaje Acetosolv y aplicaciones tradicionales.
– Azúcares anhidros: Levoglucosano, celobiosano• Fermención a etanol, materia prima para surfactante glicosídico,
dextrinas.
Conclusión• Los procesos pirolíticos tienen grandes ventajas frente a otros
procesos de conversión: Se puede procesar todo tipo de materias primas forestales, las capacidades de producción y costos de inversión son bajos y la eficiencia energética de conversión es muy alta.
• La torrefacción es una alternativa altamente prometedora para densificar energéticamente la biomasa forestal y, en función de ello, masificar su aplicación.
• La pirólisis rápida permite obtener un producto líquido con altos rendimientos, el que puede ser aplicado directamente o ser fuente de diversas fracciones de productos químicos de interés comercial.
Muchas graciasDra. Cristina Segura
Jefe de Área BioenergíaUnidad de Desarrollo Tecnológico